KR20200105207A - 액체에 포함된 이물질 광학검사 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 액체를 용기에 담아 용기를 진동시키고, 그 진동으로 인하여 액체에 발생되는 기포의 양을 광학적으로 측정하여 액체에 포함된 이물질의 양을 검사하는 액체에 포함된 이물질 광학검사 장치 및 방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 액체에 포함된 이물질 광학검사 장치는, 이물질이 포함된 액체를 담는 용기를 지지하는 지지 부재; 상기 지지 부재를 움직여 상기 액체 내부에 기포를 발생시키는 구동부; 상기 용기에 광을 조사하는 조명; 및 상기 기포가 발생된 액체의 영상을 촬영하는 카메라를 포함할 수 있다.

Description

액체에 포함된 이물질 광학검사 장치 및 방법{Optical Apparatus and method for detecting foreign substances mixed in solution}
본 발명은 액체에 포함된 이물질 광학검사 장치 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 액체를 용기에 담아 용기를 진동시키고, 그 진동으로 인하여 액체에 발생되는 기포의 양을 광학적으로 측정하여 액체에 포함된 이물질의 양을 검사하는 액체에 포함된 이물질 광학검사 장치 및 방법에 관한 것이다.
하드 코팅 필름, 포토레지스트 필름 등을 포함하여 전자 제품을 생산하는 데 필요한 다양한 전자 재료는 소정의 점도를 갖는 액상의 소재를 얇게 펴서 경화시켜 필름 형태로 제작할 수 있다. 이 경우 액상의 전자 재료에 특정 용도의 소재 특성에 부합되지 아니한 다양한 종류의 이물질이 포함될 수 있다. 이때, 액상의 전자 재료에 이물질이 포함되어 있는 경우에 하드 코팅 필름 또는 포토레지스트 필름 등의 전자 재료가 필요로 하는 성능 특성을 갖지 못하는 경우가 있다.
특히, 해당 전자 재료가 완제품 또는 반제품이 완성된 상태에서 필요한 성능을 갖지 못하는 결함이 발생하면 여러 단계의 공정을 거쳐 제작된 제품을 폐기해야만 하는 문제가 발생할 수 있다.
한편, 의료용 시약 등 유리병에 담긴 액체에 들어있는 이물질에 대한 기계적 비전(machine vision)에 의한 온-라인 검사 방법은 다양한 방법이 개발되어 왔다. 이러한 광학식 이물질 검사 장치는 특허로 제안된 선행기술이 많은데, 미국특허 4,492,475에서는 광섬유 다발로 빛을 전송하여 선모양의 빛을 검사 대상체인 유리병 내부의 액체에 조사시키고, 유리병을 회전시킨 후 갑자기 정지시켰을 때 투과된 빔을 선형 광 다이오드 어레이 센서로 측정하여 액체 내부에 있는 이물질을 검사하는 방법을 고안하였다. 이 방법은 유리병 내부의 액체가 회전할 때 이물질이 있으면 같이 회전하는데 착안한 것으로 현재까지의 대부분의 유리병 내부에 있는 액체에 포함된 이물질 검사에 기본 개념이 되고 있다.
하지만 이 경우는 액체에 녹아 있는 이물질이 그 이물질이 녹아 있는 액체와 굴절률, 흡수율 등 광학적 특성이 달라 선형 광 다이오드 어레이 센서로 액체로 구별되는 경우에 측정 가능하다. 즉, 액체에 녹아 있는 이물질이 광학적 특성이 유사하여 센서로 측정되기 어려운 경우에는 이물질을 감지하기 어려운 문제가 있다.
미국등록특허 4,492,475 (1985.01.08)
본 발명은, 액체를 용기에 담아 용기를 진동시키고, 그 진동으로 인하여 액체에 발생되는 기포의 양을 광학적으로 측정하여 액체에 포함된 이물질의 양을 검사하는 액체에 포함된 이물질 광학검사 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액체에 포함된 이물질 광학검사 장치는, 이물질이 포함된 액체를 담는 용기를 지지하는 지지 부재; 상기 지지 부재를 움직여 상기 액체 내부에 기포를 발생시키는 구동부; 상기 용기에 광을 조사하는 조명; 및 상기 기포가 발생된 액체의 영상을 촬영하는 카메라를 포함할 수 있다.
상기 액체에 포함된 상기 이물질이 기체일 수 있다.
상기 지지 부재가 복수의 용기를 지지하고, 상기 카메라가 복수의 용기 내의 액체를 동시에 촬영할 수 있다.
상기 기포가 포함된 액체의 영상으로부터 상기 기포의 양을 측정하여 상기 액체에 포함된 이물질의 양을 측정하는 제어부를 더 구비할 수 있다.
상기 구동부가 상기 지지부재를 상하로 진동시킬 수 있다.
상기 용기에 조사되는 광의 조도를 측정하는 조도계를 더 구비할 수 있다.
상기 카메라는 상기 구동부의 작동이 정지된 후 설정된 시간 후에 영상을 촬영할 수 있다.
상기 영상의 촬영 후에 일정 대기시간 이후에 다시 상기 기포를 발생시켜 상기 카메라가 기포가 발생된 액체의 영상을 촬영할 수 있다.
본 발명의 액체에 포함된 이물질 광학검사 장치 및 방법에 따르면, 정지 상태에서 이물질이 액체와 광학적으로 구별되기 어려울 정도로 잘 섞여 있는 경우에도 액체에 섞여 있는 이물질의 검사 정확도를 향상시킬 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 액체에 포함된 이물질 광학검사 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 액체에 포함된 이물질 광학검사 장치를 일 측면에서 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 액체에 포함된 이물질 광학검사 장치의 블록도를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 실시예는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 발명의 실시예에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다. 하나의 실시예에 적용되는 구성요소는 특별한 언급이 없더라도 다른 실시예에서도 적용될 수 있다.
도 1 및 2에는 본 발명의 일 실시형태에 따른 액체에 포함된 이물질 광학검사 장치, 예를 들어 셰이커(shaker)가 도시되어 있으며, 도 3은 셰이커의 개략적인 블록도가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 셰이커(100)는 액체를 용기에 담아 용기를 진동시키고, 그 진동으로 인하여 액체에 발생되는 기포의 양을 광학적으로 측정하여 액체에 포함된 이물질의 양을 검사할 수 있다. 이때, 셰이커(100)는 이물질이 포함된 액체 대상물을 검사 대상물로 하고, 검사 대상물에 진동을 가하고, 그 진동으로 액체 상태의 검사 대상물에 포함된 이물질로 인하여 발생하는 기포(bubble)의 양 또는 분포를 검사하여, 액체 상태의 검사 대상물에 포함된 이물질 또는 불순물의 양을 검사할 수 있다.
이때, 검사 대상물은 포토레지스트(Photo-Resist) 또는 신나(thinner) 등을 포함한 액체 상태의 전자재료가 될 수 있다. 이때, 액체에 녹아 있는 이물질이 액체에 광학적으로 구별되기 어려울 정도로 잘 섞여 있거나 그 이물질이 액체와 빛에 대한 굴절률 또는 흡수율 등 광학적 특성이 매우 유사할 수 있다.
이 경우, 정지 상태 또는 운동 상태가 심하지 않은 일반적인 상태에서는 통상의 카메라 또는 광센서로는 액체에 포함된 이물질을 감지하기 어렵거나 감지 정확도가 부족할 수 있다.
따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 셰이커(100)는 액체를 용기에 담아 용기를 진동시켜, 그 진동에 의하여 이물질 때문에 발생되는 기포의 양 또는 상태를 카메라로 촬영하거나 광학적으로 측정하여 액체에 포함된 이물질의 양을 검사하여, 정지 상태 또는 일반적인 운동 상태에서 이물질이 액체와 광학적으로 구별되기 어려울 정도로 잘 섞여 있거나 이물질이 액체와 광학적으로 유사한 특성을 갖는 경우에도 액체에 섞여 있는 이물질의 검사 정확도를 향상시킬 수 있다.
한편, 액체에 포함된 이물질이 미세한 크기의 기체가 될 수 있다. 이 경우 액체에 가해지는 진동에 의하여 미세한 크기의 기체가 서로 결합되어 그 크기가 커져 통상의 카메라 또는 낮은 수준의 광학 센서에 의해서도 용이하게 감지될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 셰이커(100)는 경화되어 제품이 만들어지기 전의 액체 상태인 대상물에 진동을 가하고, 액체에 포함된 이물질을 검사할 수 있다. 이 경우, 액체에 포함된 이물질의 수준이 기준 양보다 많은 경우 해당 전자 재료가 완제품 또는 반제품으로 완성되기 전에 제품 결함을 수정할 수 있게 된다. 따라서 해당 전자 재료가 완제품 또는 반제품으로 완성된 상태에서 필요한 성능을 갖지 못하는 결함이 발생하면 여러 단계의 공정을 거쳐 제작된 제품을 폐기해야만 하는 문제를 예방할 수 있다.
이를 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 셰이커(100)는 지지 부재(20); 구동부(30); 조명(40); 및 카메라(50)를 포함할 수 있다.
지지 부재(20)는 이물질이 포함된 액체를 담는 용기를 지지할 수 있다. 구동부(30)는 지지 부재(20)를 움직여 액체 내부에 기포를 발생시킬 수 있다. 조명(40)은 액체를 담는 용기에 광을 조사할 수 있다. 카메라(50)는 기포가 발생된 액체의 영상을 촬영할 수 있다. 이때, 제어부는 기포가 포함된 액체의 영상으로부터 기포의 양을 측정하여 액체에 포함된 이물질의 양을 측정할 수 있다.
지지 부재(20); 구동부(30); 조명(40); 및 카메라(50)는 하우징(10)의 내부 또는 외부에 설치될 수 있다. 예를 들어, 하우징(10)은 전면에 도어가 있고, 도어를 열면 그 내부에 지지 부재(20)가 설치될 수 있다. 지지 부재(20)는 하나 또는 그 이상의 용기를 지지할 수 있도록 하나 또는 그 이상의 용기 수용부를 갖는 랙 형태로 이루어지고, 각각의 용기 수용부에 용기가 지지될 수 있다.
지지 부재(20)는 이물질이 포함된 액체를 담는 용기를 지지할 수 있다. 구동부(30)는 지지 부재(20)를 움직여 액체 내부에 기포를 발생시킬 수 있다. 조명(40)은 액체를 담는 용기에 광을 조사할 수 있다. 카메라(50)는 기포가 발생된 액체의 영상을 촬영할 수 있다. 이때, 제어부는 기포가 포함된 액체의 영상으로부터 기포의 양을 측정하여 액체에 포함된 이물질의 양을 측정할 수 있다.
이때, 지지 부재(20)가 복수의 용기를 지지하고, 카메라(50)가 복수의 용기 내의 액체를 동시에 촬영할 수 있다. 즉, 복수의 용기를 하나의 지지 부재(20)에 지지한 상태에서 구동부(30)에 의하여 지지 부재(20)를 수평 방향 또는 수직 방향으로 반복적으로 진동(oscillating)시킬 수 있다. 이 경우, 복수의 용기를 하나의 카메라(50)로 한꺼번에 촬영하여 각각의 영상을 분리하여 각각의 용기 내의 액체에 포함된 이물질을 검사할 수 있다.
이를 위하여, 지지 부재(20)는 구동부(30)에 구동력을 전달 받아 수평 방향 또는 수직 방향으로 운동될 수 있도록 가이드 및 구속 되어 연결될 수 있다.
한편, 구동부(30)는 지지 부재(20)를 상하 방향으로 진동시킬 수 있다. 이 경우, 수평 방향으로 진동시키는 경우에 비하여 액체 내부에 기포(bubble)을 효과적으로 형성하여, 액체 내부에 포함된 이물질을 더욱 효과적으로 검출할 수 있게 된다.
구동부(30)는 구동 모터 및 크랭크 기구를 포함할 수 있다. 구동 모터의 회전 운동을 크랭크 기구에 의하여 직선운동으로 변환하여 지지 부재(20)의 수평 직선 왕복운동 또는 상하 직선 왕복운동을 생성할 수 있다. 이러한 수평 또는 상하 직선 왕복 운동에 의하여 지지 부재(20)의 진동을 형성할 수 있다. 이를 위하여, 구동 모터와 크랭크 기구가 하우징(10) 내부 또는 외부에 설치되어 하우징(10) 내부에 배치되는 지지 부재(20)와 연결될 수 있다.
이때, 지지부재(20)를 진동시키는 속도 및/또는 회수는 주어진 조건에 따라 설정될 수 있다. 예를 들어, 진동 속도 및/또는 회수는 액체 및/또는 이물질의 종류, 색상 또는 투명도 등에 따라 설정될 수 있다.
조명(40)은 액체를 담는 용기에 광을 조사하여, 기포가 형성된 액체의 영상을 촬영할 수 있는 빛을 공급할 수 있다. 이때, 조명(40)에 의한 광이 액체와 기포를 함께 비추면 카메라(50)에 의하여 촬영되는 영상에서는 액체 부분과 기포 부분의 각각의 화소가 다른 계조 또는 색상을 띠게 된다. 그에 따라, 촬영된 영상에서 기포가 차지하는 비율 또는 정도를 계산할 수 있으며, 이를 이물질이 포함된 양으로 계산할 수 있게 된다.
이때, 조명(40)에서 기포가 포함된 액체에 비춰지는 광의 조도가 조절될 수 있다. 이를 위하여 조명(40)은 그 조도가 조절 가능한 조명 장치가 사용될 수 있다.
이 경우, 액체의 종류, 색상 또는 투명도 등에 따라 비춰지는 광의 조도가 조절될 수 있다. 이때, 카메라(50) 측에서 측정되는 조도에 따라 조명(40)의 조도가 조절될 수 있다. 이를 위하여 조도계가 포함될 수 있다. 이때, 조도계는 용기 또는 지지부재(20) 사이에 배치될 수 있다.
다른 실시예로서, 조도계는 조명(40) 측에 배치되어 조명(40)에서 출력되는 조도를 측정할 수도 있다. 다른 실시예로서 조도계 대신에 카메라에서 계산되는 조도에 의하여 조명(40)에서 출력되는 광의 조도가 조절될 수 있다.
조명(40)은 하우징(10) 내부에 지지 부재(20)의 하부 및/또는 상부 및/또는 지지부재(20)의 카메라 위치의 반대편에 배치될 수 있다. 이 경우, 하부, 및 상부, 및 반대편 각각 또는 2 이상의 위치에 조명이 설치되고 순서대로 조명이 켜지면서 각각의 경우에 영상을 촬영하고 이들 영상들의 값을 조합하여 계산하여 액체에 포함된 이물질의 양 또는 분포를 계산할 수 있다.
한편, 조명(40)에서 출력되는 광의 조도 결정의 기준이 되는 액체 및/또는 이물질의 종류, 색상 또는 투명도 등은 조작부(60) 또는 다른 입력 장치를 통하여 입력되거나 별도의 센서 또는 감지부에 의하여 감지될 수 있다.
또한, 조명(40)은 복수 개 구비될 수 있으며, 경우에 따라서 각각의 용기에 대응되는 위치에 각각 배치될 수 있다. 이 경우, 각각의 조명(40)은 용기에 담기는 액체 및/또는 이물질의 종류 또는 상태에 따라 각각 개별적으로 제어될 수 있다. 이때, 한 번에 영상이 촬영되는 복수개의 용기에는 각각 다른 물질이 담길 수도 있으며, 이 경우 각각의 조명(40)이 개별적으로 제어될 수 있다. 또한, 촬영된 영상도 개별적으로 구분되어 처리 또는 계산될 수 있다.
카메라(50)는 기포가 발생된 액체의 영상을 촬영하는데, 촬영된 영상에서 각각의 용기 단위로 서브 영상으로 분리하고 각각의 서브 영상 단위로 포함된 이물질을 검사할 수 있다.
카메라(50)는 구동부(30)의 작동이 정지된 후 설정된 시간(break time) 이 후에 촬영 할 수 있다. 이 경우, 액체 내부에 형성된 기포가 어느 정도 안정화된 이후에 촬영함으로써 안정적으로 기포를 촬영할 수 있게 된다. 이때, 진동에 의하여 발생된 기포는 수초 내에 사라질 수 있다. 따라서 진동에 의하여 기포가 발생된 액체를 설정된 시간 간격으로 복 수개의 영상을 연속적으로 촬영할 수 있다. 이 경우 촬영된 복수개의 영상을 조합 또는 특정 영상을 선택하여 액체에 포함된 이물질의 양 또는 분포를 계산할 수 있다.
또한, 한 번 용기를 진동시킨 다음에 영상을 촬영한 후에 일정 대기시간(촬영 대기시간) 이후에 다시 진동을 가하여 기포를 발생시키고, 카메라가 기포가 발생된 액체의 영상을 촬영할 수 있다. 이러한 일련의 촬영을 위한 작동은 설정된 횟수 반복될 수 있다.
한편, 카메라(50)는 하우징(10)의 내면 또는 외부에 용기들이 보이는 위치에 설치될 수 있는데, 카메라(50)의 위치 및/또는 방향을 조절할 수 있도록 설치될 수 있다. 이를 위하여 하우징(10)에 카메라(50) 고정부와 카메라의 위치 및/또는 각도를 조정할 수 있는 기구적 구조가 설치될 수 있다.
셰이커(100)에는 타이머가 설치될 수 있다. 이는 제어부와 연결되어 제어부에 의하여 제어되고, 각각의 구성요소의 설정 시간, 간격, 및 회수 등을 설정하는 기준이 될 수 있다.
또한, 셰이커(100)의 하우징 외부에 사용자 조작부(60)가 설치되고, 사용자 조작부(60)를 통하여 각종 설정값 또는 입력값들을 입력할 수 있으며, 작동 및/또는 정지 등에 대한 사용자 입력을 입력할 수 있다. 또한, 사용자 조작부(60)는 디스플레이를 포함하여 다양한 정보를 디스플레이 하여 사용자에게 보여줄 수 있다.
위에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 액체에 포함된 이물질 광학 검사 장치는 일련의 과정을 자동화함으로써, 작업을 효율화하고 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.
이상에서 본 발명의 실시예를 참조하여 설명했지만, 본 발명이 이것에 한정되지는 않으며, 다양한 변형 및 응용이 가능하다. 즉, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 많은 변형이 가능한 것을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
100: 셰이커 10: 하우징
20: 지지 부재 30: 구동부
40: 조명 50: 카메라
60: 사용자 조작부

Claims (8)

  1. 이물질이 포함된 액체를 담는 용기를 지지하는 지지 부재;
    상기 지지 부재를 움직여 상기 액체 내부에 기포를 발생시키는 구동부;
    상기 용기에 광을 조사하는 조명; 및
    상기 기포가 발생된 액체의 영상을 촬영하는 카메라를 구비하는 액체에 포함된 이물질 광학검사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액체에 포함된 상기 이물질이 기체인 액체에 포함된 이물질 광학검사 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 지지부재가 복수의 용기를 지지하고, 상기 카메라가 복수의 용기 내의 액체를 동시에 촬영하는 액체에 포함된 이물질 광학검사 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기포가 포함된 액체의 영상으로부터 상기 기포의 양을 측정하여 상기 액체에 포함된 이물질의 양을 측정하는 제어부를 더 구비하는 액체에 포함된 이물질 광학검사 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 구동부가 상기 지지부재를 상하로 진동시키는 액체에 포함된 이물질 광학검사 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 용기에 조사되는 광의 조도를 측정하는 조도계를 더 구비하는 액체에 포함된 이물질 광학검사 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 카메라는 상기 구동부의 작동이 정지된 후 설정된 시간 후에 영상을 촬영하는 액체에 포함된 이물질 광학검사 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 영상의 촬영 후에 일정 대기시간 이후에 다시 상기 기포를 발생시켜 상기 카메라가 기포가 발생된 액체의 영상을 촬영하는 액체에 포함된 이물질 광학검사 장치.
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